Microsoft PowerPoint - 第6回プレートテクトニクス.ppt

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あきひろうすい
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1 第 6 回プレートテクトニクス 20 世紀後半に遂げた地球科学の進展よって大地は動く海も動く大陸と海洋は位置を変え形を変えるという事実がわかってきたドイツの気象学者アルフレッドウェーゲナー (1880~1930) によって提唱された大陸移動説は当時の学会からは異端の説として認められなかったが 1960 年代初めにイギリスの古地磁気研究グループの研究が発端となって復活したまた 1961~62 年にアメリカの海軍研究所のディーツ (1914~95) とプリンストン大学の岩石学者ヘス (1906~69) によって提唱された海洋底拡大説は海洋底の地磁気異常の縞模様の研究によって証明され海洋底の掘削による年代決定によって動かぬ事実となったさらにトランスフォーム断層やホットスポットなどの概念の導入により地球表層の構造と運動は統一的に説明できプレートテクトニクスが 1970 年代半ばまでに確立されたこれにより地球表層で起こる火山や地震断層や摺曲などの地殻変動は初めて統一的に説明できるだけでなく大陸の衝突分裂と海洋の発生と消滅およびそれに伴う造山運動や変成作用も説明できるようになったここではプレートテクトニクスによる地球表層の地殻変動の説明大陸移動説と海洋底拡大説が証明された経緯を紹介する参考書 : 地球学入門酒井治孝著東海大学出版社 2003

2 フレートテクトニクス地球の表層は地殻と最上部マントルから構成される硬いリソスフェアー ( 岩石圏 ) でおおわれている地球を卵にたとえればリソスフェアーは殻の部分に相当するリソスフェアーの下には部分融解しているために軟らかく地震波速度が遅い低速度層がある卵の殻の直下に相当する低速度層から構成されている部分はアセノスフェアー ( 岩流圏 ) と呼ばれているリソスフェアーは十数枚の大小のプレートから構成されているプレートはアセノスフェァーの上を年間 1~10cm の速度で運動しておりプレートが相互に接する境界部分で地震や火山造山運動などの地殻変動が発生しているプレートそのものはほとんど変形しない ( 剛体 ) というのがプレートテクトニクスの考え方である地震の震源分布という観点からは震央分布の帯で囲まれたブロックがプレートであり地震が帯状に発生しているところがプレート境界ということになる ( 図 1) 球面にへばりついた板であるプレートがほとんど変形せずに運動している

3 プレートにはほとんど大陸だけからなる大陸プレート ( ユーラシアプレート ) ほとんど海洋だけから構成される海洋プレート ( たとえば太平洋プレート ) 大陸と海洋からなるプレート ( たとえば北アメリカプレート ) がある ( 図 2) プレートの境界はそこで発生している相対運動のタイプにより広がる境界 ( 発散境界 ) 縮まる境界( 収束境界 ) すれ違う境界 ( 平行移動境界 ) にわけられ各々は中央海嶺海溝 ( 大陸同士が衝突する衝突帯も収束境界である ) トランスフォーム断層に相当する ( 図 2) プレートテクトニクスが誕生した背景の1つは 1950 年代まで未知の世界であった海洋底についてのデータが蓄積され理解が進んだことにある

4 図 1 最近の世界の主な地震活動 (50km より浅い地震の震央分布,1991~2000 年 ) アメリカ地質調査所のホームページより

5 図 2 世界の主要なプレートとそのプレート境界 ( 数字はプレートの拡大速度 cm/year) Crough,1983

6 (a) 中央海嶺太平洋や大西洋の中央部には総延長 60,000kmにおよぶ大山脈が横たわっている深度 4000~5000mの海洋底から聳え立つ2000~3000mクラスの大山脈は陸上の山脈と同様地殻が圧縮されてできたものと考えられていたところが大西洋の音響測深データに基づき海底の詳細な地形図をつくっている途中中央海嶺の頂上に深い谷が存在することがわかった ( 図 3) この中軸谷は大西洋中央海嶺の他の地点や他の海洋の中央海嶺からも報告された後の調査により中央海嶺に引っ張りの力が働き正断層が形成され中軸谷が誕生したことが判明したまた中央海嶺直下で発生する地震の発震機構は例外なく正断層型の地震であることも明らかにされ海洋底の大山脈は大陸上の山脈とは異なるメカニズムで形成されていることが明らかにされた中央海嶺の岩石のほとんどは玄武岩でありしかも多くは枕状溶岩であるまた中央海嶺では地殻熱流量が高くその直下の地震波速度分布はマントル物質がわき上がってきていることを示すまた重力の負の異常により中央海嶺下に軽い物質からなるマグマ溜まりがあることを判明したつまり中央海嶺は溶融したマントル物質が噴出する火山性の山脈である地球学入門酒井治孝著東海大学出版社 2003

7 (a) 図 3 北大西洋の海底地形図 (a) 中央海嶺とそれに直交するトランスフォーム断層および大陸斜面から大陸棚に至る地形が明瞭に示されている ( アメリカアルミニウム社より ) (b) 大西洋中央海嶺を横断する地形断面図南米東端とアフリカのギニア湾を結ぶ断面 (c) 中軸谷とその周辺の拡大断面図横幅 725km (Heezen 1959) (b) (c)

8 図 8 中央海嶺における海洋地殻の形成モデル (Gass 1982)

9 (b) 海溝太平洋の縁辺は深度 6000m 以上の溝状の窪地である海溝によって取り巻かれている ( 図 4) 海溝は太平洋の西縁では日本列島のような弧状列島と平行に分布し太平洋の東縁ではアンデス山脈のような陸弧と平行に分布している海溝には周囲の弧状列島や大陸から運ばれた砂や泥が堆積している海溝の外側斜面直下では浅発の正断層型地震が内側斜面下では逆断層型の地震が発生している海溝から弧状列島を経て大陸に至る地域では逆断層型の地震が発生しておりその震源の深さは海溝から遠くなるほど深く深発地震面を形成している ( 図 5) この面は発見者の名前にちなんで和達 - ベニオフ帯と呼ばれているこの深発地震面こそ海洋プレートが大陸プレートの下に沈み込む際に両プレート間に蓄積した歪みが解放されて形成されたものである海溝では地殻熱流量は低いが直ぐ陸側の火山弧では高くなる ( 図 5) また海溝に沿って重力異常は負の値を示す薄い海洋地殻のすぐ下に密度の高いマントルがある海溝では重力異常は正の値を示すことが期待されるところが海溝では重力異常は負の値を示すこれは沈み込んだプレートによって地形が引き下げられていることを示す

10 図 4 海洋底と陸地の地形

11 図 5 束北日本弧を東西に横切る P 波速度断面図と地震の震源分布 ( 長谷川昭マグマと地球 ( 株 ) クバプロ,1998)

12 (c) 海洋底太平洋や大西洋のような大洋の底は海洋底あるいは大洋底と呼ばれている海洋底は深さ4000~5000mの平坦面からなり地震や火山のような地殻変動は活発ではないまた海洋底の最上部は遠洋性堆積物からなりその直下は玄武岩質の枕状溶岩からなる海洋底の地殻熱流量は中央海嶺から遠いほど小さくなるまたその深度は中央海嶺から遠いほど深くなる

13 (d) トランスフォーム断層中央海嶺はそれに直交する断層群によって短冊状に切られずれている ( 図 3a) そのずれは最大 1400kmに達するこの断層は通常の横ずれ断層とは明らかに異なった動きをしている図 6に示すように中央海嶺が横にずれていたとすると右横ずれ断層と判断されるところがこの断層に沿って横ずれ運動が起こっているのは海嶺と海嶺の間だけである右側の海嶺から誕生した左側の海洋プレートは左方向に運動する一方左側の海嶺から誕生した右側の海洋プレートは右側に移動するその結果トランスフォーム断層に沿う運動は左横ずれセンスをもつ同様に中央海嶺が見かけ上左横ずれ的にずれているときは右横ずれ運動が起きているしたがって中央海嶺はトランスフォーム断層によってずれているのではないトランスフォーム断層の多くは海洋底に分布しているが北アメリカ西部のサンフランシスコとロサンジェルス近郊を走るザンアンドレアス断層のように陸上に2000km 以上にわたって続くものもある ( 図 7) またトランスフォーム断層は海嶺と海嶺をつないでいるほか海溝と海溝あるいは海溝と中央海嶺をつないでいることもあるなおトランスフォーム断層に沿う相対運動の方向はプレトの運動方向を示している

14 図 6 中央海嶺を横切るトランスフォーム断層とその活動状態 ( 海嶺軸と海嶺軸の間だけが活動的である ) 地球学入門酒井治孝著東海大学出版社 2003

15 図 7 陸上を走るトランスフォーム断層サンアンドレアス断層サンフランシスコとロサンジェルスを結ぶ右横ずれ変位を示す大断層陸上の南北延長は1000kmに達する地球学入門酒井治孝著東海大学出版社 2003

16 大陸移動説と海洋底拡大説プレートテクトニクスが確立する50 年以上前に大陸は移動し海洋の姿も大陸の形も不変のものではないことを主張するドイツ人ウェーゲナー (Wegener, 1880~1930) がいた彼は当時の地質学や地球物理学のデータを総合し大陸移動説を唱えた彼の大陸移動説によると約 3 億年前にすべての大陸は集合しパンゲアという超大陸をつくっていたがその後北のローラシアと南のゴンドワナという2つの大陸にわかれたその後さらにゴンドワナ大陸は分裂移動しその一部であったアフリカとインドは北上しユーラシア大陸に衝突しアルプス山脈やヒマラヤ山脈をつくったウェーゲナーは大陸移動説を裏付ける数々の地質学的状況証拠を集めたが大陸を動かす原動力を物理学的にうまく説明できなかったそのために彼が死去した後大陸移動説は絶えてしまった大陸も海洋も移動するという説が1960 年代に復活したのはそれまでほとんど未知の世界であった海洋底の知識が蓄積されそして古地磁気学という手法が開発されたことによるものであった

17 海洋底拡大説 1961 年にプリンストン大学の岩石学の教授であったヘスは海洋底の生成と消滅および運動に関するそれまでの常識を超えた考えを提唱したそれが海洋底拡大説であるヘスは中央海嶺をマントルのわき出し口と考えそこで新しい地殻が生産され海溝で再びマントルに沈み込んでいくというプレートテクトニクスの根本的な考え方を示した ( 図 8) さらに海洋底の大部分が白亜紀より若くその上の堆積物は数十億年も海が存在していたにしては薄すぎることから海嶺の両側に拡大する速度は年間数センチメートルであり海洋底は 2~3 億年で更新されると主張したまた中央海嶺でわき出したマントル物質のかんらん岩には水が加わり蛇紋岩となり蛇紋岩が海溝で沈み込んだ後脱水した水が海水の起源となったと説いたこの説は当時の学会には受け入れられなかったが彼自身はこの説を Geopoetry ( 地球についての詩 ) と称したほかにも同様な説を提唱した人がいたがこの海洋底拡大説はその後数年のうちに古地磁気学的手法によって証明されさらに海洋底の掘削により確認された

18 図 8 海洋底拡大説の模式図 ( 上田誠也新しい地球観岩波新書 1971)

19 古地磁気学地磁気の逆転と熱残留磁気地球には磁場がありその磁力線に沿って磁石は北磁極と南磁極を指す磁極は自転軸が地球の表面と交差する地理的北とはずれておりその差を偏角という ( 図 9) 偏角とは磁針の N 極が真北からずれている角度をさす一方地球磁場の磁力線は赤道地域では水平面にほぼ平行であるが緯度が高くなるにつれ水平面とは大きく斜行する ( 図 10) その角度のことを伏角と呼ぶ任意の緯度 (θ) とその地点の伏角 (I) の間には tan I =2tanθ という関係があるこの偏角と伏角および磁場の強度 ( 地磁気の三要素 ) でその場所の地球磁場を記述することができる過去の地球磁場が岩石中に化石として残ったものを残留磁気と呼ぶその中でもっとも安定なものが熱残留磁気である岩石中には様々な磁性鉱物が含まれているが一定の温度を超えると磁性を失う一方火山から噴出した溶岩は地球磁場の中でゆっくり冷却する際一定の温度をすぎた際にその場所の地球磁場にしたがった磁気を得るこの磁気のことを熱残留磁気と呼び磁気を得る温度のことをキュ - リ - 温度という火山岩の中に普通に含まれる磁鉄鉱のキュ - リ - 温度は 575 である

20 図 9 磁針の指す北と地図上の北との差 ( 偏図 10 磁針の伏角 (I) 角 ) A 地点 ( 西偏 ) B 地点 ( 東偏 ) C 地点 ( 偏角 0) 岩石の残留磁気を調べるとある特定の時代の岩石は現在の地球磁場とほぼ正反対の方向に帯磁しているこの事実は過去に地球磁場が逆転していたことを示す現在の地球磁場方向に帯磁したものを正帯磁 ( 黒 ) 逆方向に帯磁したものを逆帯磁( 白 ) と呼んでいるこれまでの研究によりジュラ紀以降 70 回以上地磁気は逆転したことが知られておりこれに年代の目盛りを入れることにより地層の年代を決定したり大陸間の異なる地層を対比することが行われている ( 図 11) 地球学入門酒井治孝著東海大学出版社 2003

21 図 11 地磁気極性逆転表 (a) 過去約 1 億 6600 万年間と (b) 過去 500 万年間 ( 小玉一人古地磁気学東京大学出版会 1999)

22 図 12 海洋底拡大説の証明バインとマシューズが提唱した海洋地殻のテープレコーダーモデルはアイスランド南方のレイキャネス海嶺の磁気観測データに年代の目盛りを入れることによって証明された ( 上田誠也新しい地球観岩波新書 1971) 図 13 過去約 350 万年間にわたる東太平洋と北大西洋の中央海嶺の拡大速度の変化 ((Vine 1966))

23 海洋底の地磁気の縞異常から拡大速度を求める 1963 年ケンブリッジ大学のバインとマシューズは北大西洋のアイスランド南方の中央海嶺を横断する地磁気の観測データに基づき地磁気のテープレコーダーモデルを提唱した彼らは中央海嶺で玄武岩が噴出し冷却したときに熱残留磁気を得その後両側に拡大したために正帯磁した部分と逆帯磁した部分が中央海嶺を軸に対象的に配列している ( 地磁気の縞異常 ) ことを指摘し ( 図 12) 中央海嶺で誕生した海洋地殻は一種の磁気テーブであることを主張したさらに 1966 年には陸上から得られた地磁気の逆転の年代をもとに海洋底の拡大速度を求めた海嶺軸から地磁気逆転境界までの距離をその年代で割ればその年代から現在までの平均拡大速度が求められるこのようにしてアイスランド南方の北大西洋では約 1cm/y 東太平洋では 4.6cm/y で海洋底が拡大してきたことが明らかにされた ( 図 13)

24 地磁気棒磁石をセルロイド板の下に置きその上に鉄粉をまくと鉄粉はN 極と S 極を結ぶ磁力線に沿って虹の架け橋のように配列することは理科の実験でよく見られる地球にも同様な磁場があり磁力線に沿ってコンパスの磁石は常に北を指す地球の中に仮想的な1 本の磁石を置くことで地球の磁場はうまく説明できる ( 図 14) もし地球の磁場が本当に棒磁石のようなものでできているとしたら磁力線の方向や強さはいつも一定で変わらないはずであるところが実は磁力線の方向も強さも決して一定でなく少しずつだが変化していることがわかっているまた磁石の指す北は地図の北とも違っているのである地球の極というときそれは3つある 1つは地理的極であり地球の自転軸と地表面が交差する点を指しているこれは地図上の北極と一致しているもう1つは磁力線が集中する点であり磁極と呼ばれている ( 図 15) この他に地磁気の極と呼ばれている仮想的棒磁石の極があるそれは現在の地球磁場をもっともよく説明できる仮想的棒磁石が地表と交差する点であるこの3 者の地球上の位置は次のようになっている地理的極 90 N, 90 S 磁極 76.2 N,100 Wと65.8 S,139.3 E 地磁気の極 73 N,100 Wと68 S,143 E 地球学入門酒井治孝著東海大学出版社 2003

25 図 14 地球磁場の模式図 DN と DS は磁北極と磁南極 NP と SP は地理的北極と地理的南極を表す (Holmes 1978; 上田貝塚兼平小池河野訳一般地質学 III 東京大学出版会 1984)

26 図 15 偏角磁気と伏角磁気の分布図 (Barraelough&Fabimo 1977)

27 地理的北と磁石の指す北との水平面内での差を偏角といっているまた磁針と水平面のなす角度を伏角と呼んでいる偏角と伏角によりその地点での磁力線の方向を記述することができる現在日本での偏角は西に 6 ~10 であり伏角は 44 ~58 である日本とその周辺の偏角については 17 世紀以来の記録が残っており 1800 年頃を境に偏角は東から西に変わっているまた陶器や磁器を焼いた窯の土の残留磁気あるいは噴出の記録が残っている溶岩の熱残留磁気を調べることによって過去の地磁気の方向の変化が明らかにされている日本列島の約 1500 万年より以前の火山岩や火成岩の熱残留磁化を調べたところ西南日本の岩石が示す極の方向は系統的に東に約 50 あまりずれていた一方東北日本のそれは西に 30 あまりずれていたところが約 1500 万年前より若い岩石には系統的なずれは認められなかったこの事実から約 1500 万年前西南日本は時計回りに約 50 回転し東北日本は反時計回りに約 30 回転し大陸から分離したことが明らかとなっているしかしこのような地球磁場の変化の詳しいメカニズムはまだわかっていない!

28 深海掘削による海洋底の年代決定 1968 年から69 年にかけてアメリカの4つの海洋研究所が合同で深海掘削するプロジェクトが始まった深海掘削計画 (Deep Sea Drilling Project) と呼ばれたこのプロジェクトの目的は海洋底をボーリングし海洋地殻の岩石を採取し年代を決定し海洋底拡大説を直接証明することであったそのためにリオデジャネイロ沖合の南大西洋の中央海嶺を横断する深度 3400~4000mの10 地点でボーリングが行われた ( 図 16) 海洋地殻の最上部を占める遠洋性堆積物の基底( すなわち海嶺玄武岩の直上 ) から得られた浮遊性有孔虫化石を使って各地点の海洋地殻が中央海嶺で誕生した年代が求められたその結果中央海嶺から遠くなるにつれ海洋底の年齢は古くなる ( 図 17) ことが約 7000 万年前まで遡って確認された中軸谷より200km 離れた地点が約 1000 万年前 800km 離れた地点が4000 万年前であったそして南大西洋の海洋底の拡大速度は過去 7000 万年を通じて約 2cm/yと推定されたのである ( 図 16)

29 (a) 第 3 次航海のボーリング地点 (b) 距離と基盤岩 ( 海洋玄武岩 ) 直上の堆積物の年代の関係図 16 グローマーチャレンジャー号による大西洋の深海掘削により過去約 7500 万年にわたり海洋底拡大速度は一定であったことが明らかになり海洋底拡大説は動かぬ事実となった (Maxwell et. al, 1970)

30 Ma:100 万年前図 17 深海掘削の結果得られた海底の年代分布図 ( 中央海嶺の両側で若く海嶺から遠ざかるにつれて古くなる ) (Pitman et. al, 1974)

31 ホットスポットとプレート運動海洋底拡大説やプレートテクトニクスは地球表層で起こる地震や火山を初めとする様々な地殻変動を見事に統一的に説明することができたところがプレートテクトニクスでもうまく説明できないものがあったそれはハワイのような太平洋の真ん中にある火山ドイツのライン川やフランスの中央高地の火山バイカル湖南方や中国東北部など大陸内部の火山であったこのような火山の成因を説明するホットスポット説がトロント大学のウィルソンより 1963 年に提唱されたホットスポットとはマントルから煙のようにプリューム状に熱い物質がわき上がっている所でその位置は移動せずマントル内部に固定されていることを意味するホットスポットからわき上がったマグマはプレート上で噴出し火山を形成するプレートはホットスポットの上を移動していくので古い火山はプレートの運動方向に移動しホットスポット上には新しい火山が誕生する ( 図 19) このようにしてプレート上には次々と火山が誕生しプレートの運動方向に火山列が形成される太平洋プレート上につらなるハワイ海山列その延長上にある天皇海山列もホットスポット起源だと考えられている ( 図 18 19)

32 図 18 ホットスポットにより誕生したハワイ諸島および天皇海山列とその年代現在ホットスポットの直上に位置するハワイ島が一番若く西あるいは北に位置している海山ほど古い年代を示す (Clague&Dalrymple, 1987)

33 図 19 ハワイからアリューシャン列島に至る海山群はハワイ島直下のホットスポットによって形成された海山は太平洋プレートの運動によって西方に移動し最後は海溝に沈み込む (Skinner&Porter 1987)

34 ハワイ海山列の中でもっとも東に位置するハワイ島にはマウナロア (4170m) やキラウエア (1247m) のような活火山が分布しており島の面積は最大であるその年齢は 43 万年前から現在に至るその北西のマウイ島は 80~130 万年前オアフ島は 260~370 万年前と次第に古くなり ( 図 18) ハワイ島から 2500km 離れたミッドウェー島の年齢は 2720 万年前である天皇海山列ではもっとも南に位置する桓武海山が 4200 万年前でもっとも北に位置する約 7000 万年前の明治海山まで順次古くなっていくもっとも新しいハワイ海山の周辺にはほとんどサンゴ礁は発達していないが古い海山になると火山体は沈降しそれを取り巻いてサンゴ礁が発達し環礁をつくっている ( 図 21) ミッドウェー島のように古い火山では山体は水面下に没しその上にサンゴ礁が環礁を形成しているさらに古い火山では火山体もその上のサンゴ礁も水面下に没し平頂海山となっている ( 図 5.22) これらの事実はホットスポット説でうまく説明できるまたホットスポット起源の海山の列の方向はプレートの運動方向を示し海山間の距離を海山の年齢差で割ればその間のプレートの平均移動速度が求められるミッドウェー島とハワイ島の間の距離と年齢差から太平洋プレートの平均運動速度は約 9cm/y と求められ地震のスリップベクトルから求められた太平洋プレートの速度とほぼ一致しているハワイ海山列と天皇海山列の方向が異なることは 4200 万年ほど前に太平洋プレートの運動方向が北北西から西北西に変化したことを示している

35 図 20 海洋島のサンゴ礁の形態と火山島の活動度との関係火山活動が終わると火山島は沈降を始めサンゴ礁は居礁から保礁環礁へと変化する (Garrison, 2002)

36 海洋のライフサイクルトランスフォーム断層やホットスポットなどの卓抜なアイデァを出したツゾーウィルソンはプレートテクトニクスの観点から大洋の一生を6つの時期にわけ造山運動との関係を次のように論じている ( 図 21): 1: ホットスポットの活動により大陸の中に断裂が発生し 2つに分裂を開始現在の東アフリカ地溝帯がそれに相当する 2: 分裂が進み大陸は2つに分離しその間に海洋底が誕生する現在のアデン湾や紅海がそれに相当する 3: 海洋底の拡大が続き 2つの大陸は遠くに離れてしまう現在の大西洋がそれに相当する 4: 非活動的であった大陸縁辺に破壊が生じ海洋プレートが大陸下に沈み込みを開始し大陸縁辺には弧状列島が形成される現在の西太平洋がそれに相当する 5: 海洋を挟む2つの大陸は近づき海洋底は狭くなり隆起運動が発生する第 4 期の火山活動は継続現在の地中海がそれに相当する 6: 大陸間の海は消滅し 2つの大陸の衝突合体が起こり衝突山脈が形成される現在のヒマラヤチベット地域がそれに相当する

37 図 21 海洋の発生から消滅までのウィルソンサイクルの6つのステージ海洋底は中央海嶺でマントルから誕生し拡大を続け大陸下に沈み込み再びマントルに帰っていく一方大陸は海洋プレートに比べて軽いため離合集散を繰り返しいつまでも地球表層にあり続ける地球学入門酒井治孝著東海大学出版社 2003

38 プリュームテクトニクスプレートテクトニクスとホットスポットによって地球表層の変動は統一的に説明できるようになったがその原動力に関する問題は議論する必要がある 1980 年代の後半地震の観測データを使って地球内部の 3 次元構造を構築する技術が発達しマントルの中の構造がわかるようになってきたそれはX 線を使って人間の体の断面映像を調べ 3 次元的に再構築する手法と類似することから地震波トモグラフィーと呼ばれている大きな地震が発生すると世界各地に設置された地震計によってその地震波が観測されるもし震源と観測点の間に周辺より地震波の速度が遅い部分があったとするとそこを通過した波は観測点に遅く到達する様々な経路で伝搬した地震波の到達時間を組み合わせて解析することにより地震波速度の遅い部分の三次元立体構造を求めることができる ( 図 22)

39 図 22 地震波トモグラフィーの原理 ( 黒丸の大きさは地震波の到達時間の遅れを示している ) ( 川勝均編地球のダイナミクスとトモグラフィー朝倉書店 2002)

40 地震波トモグラフィーによってマントル全体が関係する巨大な低速度域が南太平洋と南アフリカの下 ( 深度 2400~2800km) にありそこから地球表層に向かって高温の物質がわき出していることがわかったまた海洋プレートが沈み込んだ西太平洋地域では冷たく移動速度が比較的高い領域が深度 400~1000km 付近に停滞していることも明らかになった ( 図 23) これは上部マントルと下部マントルの境界である深度 670km 付近でカンラン石の相転移が起こり沈み込んだスラブが周囲のマントルより軽くなったために起こったものと考えられる ( 図 24) ただし中央アメリカでは沈み込んだプレートが670km 付近で停滞することなくマントルの最下部にまで到達していることが示されている ( 図 23) 深度 670km 付近で停滞していたスラブが蓄積されすぎると短期間の内にコアーマントル境界まで落ちて行きその反流として高温の物質が上昇を開始すると考えている地震波トモグラフィーという新しい手法が開発されこれまでほとんどわからなった地球の深部構造が少しずつわかってきている今後地震の観測点が増えるとともにより精度の高い地球内部の三次元構造が明らかにされ地球のダイナミクスが次第に解明されると考えられる

41 (a) (b) 図 23 日本列島の下 (a) と中央アメリカの下 (b) に沈み込んだプレートの行方 ( 色はマントルの温度を示す ) 地球学入門酒井治孝著東海大学出版社 2003

42 図 24 核一マントル境界で発生したスーパープリスームの上昇と沈み込んだ冷たいスラブの下降によってマントル対流は駆動されている ( 丸山茂徳マグマと地球 ( 株クバプロ 1998)

自然地理学概説

自然地理学概説世界と日本の大地形プレートテクトニクスと世界の大地形 (8.1) 世界の火山と日本の火山 (8.4) 日本列島の成立日本の山地形成 (8.3) 世界の地震の分布世界的な火山の分布世界的な火山の分布を見ると, 太平洋の周りに集中 = 環太平洋火山帯それ以外の地域も帯状に分布するところがあるプレート (p76 図 8.1) 地球の表面はプレートと呼ばれる薄い ( 厚さ約 100~ 150km)